3 輻射法

　　3.1 γ射線滅菌

　　γ輻射是在1900年研究鐳的輻射時被發(fā)現(xiàn)的。隨后又發(fā)現(xiàn)了其它源，例如锝99m和鈷60。γ輻射的工業(yè)應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代，輻射源為鈷 60。鈷60不會自然發(fā)生，在反應(yīng)器中人工生成。鈷60的半衰期為5.2714年。

　　工作原理：待滅菌對象置于傳送裝置上，將其送至強γ輻射源附近，例如鈷60。待滅菌對象停止在輻射場后，接受一定的劑量，然后移動傳送裝置，繼續(xù)處理下一個對象。傳送裝置也可不采用停-走的方式，而是以一定的速度（確保劑量合適）連續(xù)移動（連續(xù)處理）。電離輻射產(chǎn)生激勵、電離，當(dāng)有水存在時，形成游離基結(jié)構(gòu)。游離基是強氧化（OH、HO2）和還原（H）劑，能夠破壞活細(xì)胞中必不可少的分子。所以，全部三個過程均造成必不可少的細(xì)胞成分的裂變，例如酶類和 DNA。從而造成細(xì)胞死亡。γ輻射的最嚴(yán)重生物損傷形式發(fā)生在γ射線窗內(nèi)，介于3MeV和10MeV之間。鈷60發(fā)射的γ輻射為1.17MeV和 1.33MeV水平，稍低于最有效的范圍。

　　問題：γ輻射可深入照射對象。它比物理和化學(xué)法快，在高于室溫及標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下發(fā)生。輻照器體積大，用2m厚混凝土墻屏蔽環(huán)境，以防輻射。由于放射衰變的原因，需要定期調(diào)整照射時間，維持恒定的輻射劑量。除影響活細(xì)胞外，γ輻射還影響高分子材料和半導(dǎo)體。對電子器件的影響取決于劑量和劑量率。硅材料中大于 5000 rad的總離子持續(xù)數(shù)秒到數(shù)分鐘，將長時間影響半導(dǎo)體。電路變得不穩(wěn)定，將不再符合技術(shù)指標(biāo)。因此，γ射線滅菌不應(yīng)用于含有半導(dǎo)體的對象。

　　3.2 電子束滅菌

　　由于電子束是由電子管（也稱為真空管）的陽極發(fā)射的，所以最早被稱為陽極射線。陽極射線管（CRT）產(chǎn)生和偏轉(zhuǎn)電子束，掃描熒光屏，發(fā)明于 1897年。隨著電視機的推廣，它變?yōu)橐环N家用電器。在電視機用的CRT中，用10kV （黑白電視）或25kV （彩色電視）的陽極電壓加速成束的電子，電子在到達(dá)屏幕時返回金屬導(dǎo)體。電子束發(fā)生器與CRT類似。然而，加速電壓可能高1000倍，屏幕被由鈦箔制成的窗口所代替，它使電子離開真空，但防止來自于大氣的氣體分子進(jìn)入。電子束用于滅菌始于1956年，當(dāng)時醫(yī)療器械行業(yè)推動了其首次商業(yè)應(yīng)用。

　　工作原理：待滅菌對象置于傳送裝置，緩慢通過電子束發(fā)生器的窗口。選擇傳送裝置的速度，確保輻射劑量合適（連續(xù)處理）。達(dá)到滅菌所需的穿透深度要求能量水平為5MeV至10MeV數(shù)量級。電子束輻射形成游離基，與高分子發(fā)生反應(yīng)，從而破壞DNA，造成細(xì)胞死亡。該方法能夠破壞所有類型的病原體，包括病毒、真菌、細(xì)菌、諸蟲、孢子，以及霉菌。

　　問題：電子束輻射沒有γ輻射的穿透力強。然而，它比γ射線滅菌快，不產(chǎn)生核廢料，在高于室溫及標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進(jìn)行。電子束對材料的兼容性比γ輻射更好。當(dāng)直接照射電子元件時，電子束會造成電荷累積（ESD），進(jìn)而造成損壞。因此，電子束不應(yīng)用于含有半導(dǎo)體的對象。

　　總結(jié)

　　醫(yī)療應(yīng)用的滅菌方法有物理、化學(xué)和輻射法。每種滅菌方法都有其特點，可作用于或不能作用于半導(dǎo)體器件。選擇具體方法時，應(yīng)考慮潛在的副作用，尤其涉及到電子器件時。

　　表1匯總了本文討論的方法及其與嵌入式電子的兼容性。二氧化氯對電子元件沒有不利影響，總體來說具有最好的電子元件兼容性。環(huán)氧乙烷和蒸汽過氧化氫對除電池之外的電子醫(yī)療器械也是非常好的滅菌方法。IC的環(huán)氧封裝材料不會浸入化學(xué)滅菌劑，因此不會受到影響。如果需要置于放射性環(huán)境，請參閱 JEDEC文獻(xiàn)JEP133C， Guide for the Production and Acquisition of Radiation-Hardness-Assured Multichip Modules and Hybrid Microcircuits。屏蔽可防止x射線和電子輻射，但不防γ輻射。